AI시대 전략---
지능화 발전소를 만들자
AI시대 전략---지능화 발전소를 만들자
2022
발전소는 한전 전유물이던 것이 이제는 공기업도 민간기업도 많이 보유하게 되었다. 발전소 지능화란 발전소에 근무하는 우수한 자질을 가진 사람들이 그 높은 자질에 걸맞은 업무를 하게 만들자는 것으로, 그 수단은 현재 상당히 높은 수준으로 발달해 있는 자동제어 기능에다가, 인공지능기술-로봇기술-통신기술 등을 잘 조합, 활용해서 성취하자는 것이다.
요즘 도시 부근의 복합 발전소 건물은 발전소인 줄 모를 정도로 외관이 달라진 것처럼, 내부에서 하는 일도 지극히 고차원적이어서 종사원들의 긍지를 느낄 만한 지능화된 일을 하자는 것이다.
Power plant for I&C
내가 한전시절부터 무척 중요시 여기던 발전소 자동제어(I&C)기술.
마침 두산중공업에 입사하니 ‘Power plant for I&C’라는 윤종준 기술연구원장님의 명언을 바탕으로, I&C 담당자들 보다 더 I&C의 중요성을 강조하고 있는데, 그것은 내가 잘나서 그런 게 아니고, 국책연구과제인 1000MW USC 석탄화력 설계기술 개발이 끝나가는 시점에, 이의 실증화 또는 실용화를 위해서는, 자동제어 신뢰성이 아주 높아야 주 설비인 보일러와 터빈을 포함하는 Plant운전이 잘 된다는 것을 확실하게 알고 있기 때문이었다.
오늘날 I&C와 함께 I&C의 더 발전된 형태인 ‘지능기술’ 없이는 발전소를 높은 수준으로 운전할 수 없다는 것을 강조해 온 것은, 내가 과거에 겪은 무수한 발전소 고장정지의 상당수나, 예방이 가능했던 건수도 자동제어와 연결되지 않은 게 없을 정도였고, 제어기술이 좀 더 발달했더라면 사고를 예방할 수도 있었다는 믿음 때문이다.
발전소 책임자였던 나는 그 때마다 I&C의 중요성을 피부로 느끼면서 I&C 담당자들에게 힘을 실어주었고, 두산중공업 입사 후에도 이미 강의를 통해 ‘중공업과 지능기술의 만남’, ‘ICOREA’ 등을 주창했던 것이다.
그리고 1000MW기술개발 국책과제를 수행하는 중에도, 이 분야를 담당하던 한전 전력연구원 담당자를 만날 때마다 한전 선배로서 압력을(?) 행사했다.
“당신이 자동제어계의 최고 기술자 아니냐? 자동제어 운전이 잘 되게 제발 힘 좀 많이 써달라”.
부서 간 협업
1000MW USC 기술이 결실을 맺어가고 있는 시점에서, 자동제어, 지능기술, 시스템 엔지니어링 등이 두산중공업의 핵심기술이 되어, 플랜트 운전신뢰성을 고객에게 보장시켜 드려야 하는 시기이기도 했다.
나는, 보일러 터빈 설계자(발전시스템개발센터 요원)들이 플랜트 제어시스템 요원(Control Logic 담당)과 전력연구원(제어 알고리즘 개발 담당), KOPEC(보조기기 로직 담당)과 수 차례 모여 안정되고 안전한 운전이 되도록 조목조목 협의하기를 제안했다.
좌우간 신규 발전손의 보일러나 터빈 등은 독자적으로는 잘 설계되겠지만, 부대설비와 엮였을 때, 플랜트 안전운전에는 무척 불안할 것이라는 것이 솔직한 내 심정이었던 것이다.
‘가장 안전하고도 열효율이 높은 운전’은 어떻게 해야 하는가? 그 기술은 보일러와 터빈 설계자가 제일 잘 아는가?
그렇다면 그 설계자와 자동제어 엔지니어가 협업하여, 자동적으로 그가 원하는 운전이 되게 Control System을 구축하면 될 거라 생각된다.
그런데 보일러 설계자와 터빈 설계자들은 그 기술을 갖지 않고 있다고? 그렇다면, 그들은 왜 그런 기술도 없이, 막중한 주 기기를 설계한 것일까?
주기기를 구성하는 수많은 작은 기기들의 전문분야별 分業 때문에, 전체를 총괄해서, 어떻게 운전함이 좋은지를 찾아내는 직책을 가진 사람은 애초부터 없었으니까? 원래 한전에서 발주할 때, 주기기 설계는 그것만 설계하면 됐고, 자동제어설비는 타 외국회사가 맡아서 공급해왔기 때문에 실제 주기기 설계자들은 제어를 모른다고?
아하! 그래서 발전소 현장 엔지니어들은 시운전 과정에도 수많은 고장을 겪어야 했고, 준공 후에도 고장과 사고를 많이 겪어야 했고, 그래서 설비개선활동을 계속해야 했던 것이로군!
그렇다면 큰 일이네. 이것이 만약 사실이고, 앞으로도 이런 상황이 계속된다면, 이런 모순은 언제 바르게 시정되나?
거기에다 고객은 “지금은 4차산업혁명시대이니, 인공지능기술을 가미해서 지능화 운전과 사고예방 기능을 갖춰 달라고 요구하게 생겼는데, 인공지능기술은 대체 무엇이길래 우리는 발전소에 무슨 기술을 어떻게 접목시켜야 하는 거야?
자동제어의 목적은 자동제어에만 있지 않다
발전소에서 안정되고 탁월한 자동제어기술은 왜 필요하나?
‘발전설비를 잘 운전되게’ 하는 목적이라면, 그런 정도의 제어 수준이라면 이미 10년 전에 썼던 제어 정책(Control Strategy)과, 그 때의 Control Logic으로도 충분하다.
그러나 이 시대가 요구하는 것은 단순한 Automatic Control이 아니다. 이제는 설비운전을 편하게 하기 위한 ‘사무적 자동제어기능’에서 벗어나, 설비가 가장 안전하고도 열효율이 높은 운전을 해야 하는 고객의 요구를 받는 知能운전시대 아닌가?
知能운전은 운전된 결과를 보고 분석해서 개선 아이디어를 운전에 Feedback하는 것이 아니라, 운전 전에 미리 최적의 변수를 적용시키는 것이고, 운전 중에 상황진전을 미리 예측할 수 있어야 하고, 정말 막대한 양의 연료를 전기로 바꾸는 전체 과정에서, 그야말로 모든 과정이 얼마나 적절하게 운전되고 있는 건지, 모두가 수치로 나타나야 한다.
현장 Operator들은 종전과는 다른 심도 깊은 데이터를 얻을 수 있는 시대가 되기 때문에, 과거와는 달리 일정 시간이 되면 도식적으로 Log Sheet에 운전기록을 하던 근무방식에서 탈피하여, 앞으로는 상태진전을 분석해서, 운전조절변수(OCP Operator Controllable Parameter)를 변경시켜 준다.
사람이 하는 일을 지능화시킨다
이미 오래 전부터, 겉으로 보이는 발전소 모습도 공장 이미지를 벗기 위해 많이 바뀌고 있지만, 그렇다고 Siding 속에 든 기기를 철관과 철골에서 다른 것으로 바꿀 수는 없다. 그러나 이것을 다루는 고급인력이 하는 일의 내용은 지능적으로 바뀌어야 한다.
발전소 개념을 ‘철관 발전소’에서 ‘지능발전소’로 바꿔야 한다. 구성품은 비록 쇠로 되어 있지만, 하는 일은 고급두뇌를 쓰도록 고도로 발달한 자동제어 시스템이 유도해야 한다는 것이다. 여기에 자동제어의 역할이 크게 기대된다는 것이다.
그런데, 어떤 인공지능기술보다 더 중요한 ‘고급인력 활용철학’이 먼저 정립되어야 한다.
고급인력 즉, 고급 교육을 받은 공개채용자들에게는 단순 반복되는 일을 시키지 말고, 고차원 상황파악-정밀분석-정확한 판단을 내리는 일을 수행하게 만들어야 한다는 것이다.
화력 발전소, 그 중에서도 석탄화력발전소는 하루 하루 내용이 일정치 않은 일들이 벌어지기는 하지만, 대체로 고차원적인 지능업무를 수행한다고 보기는 어렵다. 기본자질에 비해서 너무 기능적인 일을 반복하고 있다는 것이 내 판단이다.
현장 Operator들은 앞으로 한 두 개의 로봇을 거느리게 될지도 모른다. 이 로봇들은 현장 Operator들이 순찰하지 않는 시간에도 지하실이나, 어두운 곳, 전기 케이블이 가득 찬 곳, 뜨거운 증기가 뿜어져 나오기 쉬운 곳 등을 쉬지 않고 돌아다니며 감시하게 만든다.
인공지능은 인간이 즉각 계산하기 어려운 통계를 즉시 만들어내므로, 인간이 판단을 빨리 하도록 큰 도움을 준다. 인공지능이 사람의 일자리를 빼앗는 것을 걱정할 시간은 아직은 아니라 생각한다. 아직은 인공지능의 힘을 이용해서 우리 인간지능이 인공지능에 비해 모자라는 부분을 채워야 하니까.
석탄발전소에만 국한된 얘기가 아니다
그런데 이건 뭐야? 석탄 매장량은 많아도 미세먼지하고 CO2가 많이 나온다고 석탄 발전소 짓지도 못하게 하고, 자본가는 투자도 하지 못하게 막네? 어쩌면 좋아?
석탄발전소가 없어진다 해도 앞으로 50년은 더 갈 것이다. 그 동안 CO2처리기술 즉, CO2를 땅속에 매장하든지, 다시 이용하든지, 기술을 개발해야만 한다. 그러면 석탄발전소도 계속 발전할 수 있다. 절망하지 말고, 현재 하는 일을 획기적으로 지능화시켜야 한다. 그렇지 않으면, 신규 발전소 건설도 줄어드는 판에, 기존 발전소 근무자는 맨날 비슷한 일을 반복하는 인간 로봇, 발전 로봇이 되고 말 거다.
발전분야 현안은 무엇인가?
이산화탄소
CO2 때문에 천덕꾸러기 신세를 면치 못하는 이 상태를 어떻게 타파해야 하는가?
CO2를 줄이는 기술이나, 재활용 등의 기술이 개발되기만을 기다려야 하는가?
한 40년 지나면 정말 석탄화력은 멈출 건가?
미세먼지
미세먼지는 집진설비 투자증액으로 해결되는가? 대책이 세워졌는가?
화력기술 보전
석탄화력 신규건설은 하지 않는다? 건설 기술자 운용은 어떻게 하고, 기 개발한 기술은 어떻게 보전할 건가?
해외진출 등의 기술활용에 대한 나 몰라라 해도 되나? 누가 어떻게 해야 하나? 그저 민간기업인 두산중공업이 알아서 할 일인가?
그래서 석탄발전소 관련 기술 연구개발도 필요 없는가?
미래 화력 기술개발
서구와 일본 중국의 앞서가는 화력발전기술을 바라보기만 하거나 추종하기만 할 건가?
Power Plant Operation Software(운전)
석탄발전 이용률도 떨어지고, 수명연장도 하지 않는 데 대해, 어떤 전략을 펴야 하나?
2050년경 석탄발전을 중단한다는데, 그 때까지 발전소 소프트웨어는 더 발전시키지 말고, 25년 넘는 시간을 현재 수준으로 이대로 끌고 그냥 가자는 말인가?
이 기술은 눈부신 속도로 발전하고 있다. 그러니 25년 동안 가만히 있어서는 안 된다. 지금의 4차산업혁명은 생각지도 못했던 것까지도 측정하는 Sensor기술, 생각지도 못했던 곳까지도 신호를 교환하는 통신기술, 생각지도 못했던 일까지도 해주는 Robot기술 등이 시시각각 발달하고 있다. 그런데 지금 하는 대로-늘 하던 일을-이대로 꼭두각시처럼-25년 후에는 폐지할 거니 무슨 신기술 접목에 투자할 필요가 있냐고?
당장은 사람을 도와(사람이 부려먹음)-사람이 하기 어려운 일(뜨거운 곳, 지저분한 곳에서 작업하거나 점검하는 일)과-사람이 할 수 없는 일(시간이 없어 점검하지 못하거나, 천재라도 계산을 하기 어려운 일 등)을-사람대신 수행하게 하는(또다른 한 사람의 역할)-철저히 수행(게으르거나, 속이거나, 빼먹지 않음)하는 우리의 조력자가 된다.
Power Plant Management Software(경영 소프트웨어)란?
발전소 경영 소프트웨어는 건설과 운영 전체에 걸친 경영 소프트웨어이다.
어떤 부서나-어떤 발전소-어떤 회사에 부임하는 특정 책임자에 의해, 그의 역량에 의해 경영이 너무 달라진다면 문제가 크다. 그 조직이 과거에 잘하던 전통, 잘 못하던 전통, 앞으로 잘해야 하는 일들이 확실하게 정리되어, 누가 책임자가 되건, 시행착오를 줄이고, 미래 계획이 끊김없이 잘 이어져야 한다.
‘발전소 Management Contents’는 정말로 중시하지 않으면 안 되는 것이, 발전소가 大團地화되어 그 취급하는 에너지 양이 실로 어마어마하기 때문이다. 이러한 실정에서, 경영책임자는 어떠해야 하겠는가?
무엇보다 핵심부터 잘 경영해야 할 것이다. 발전회사의 핵심기술은 무엇인가?
설비안전공해저감-효율제고-경비저감 순으로 핵심기술을 정의할 수 있다. 각각에 대해 구체적이고 실천가능한 대책을 꾸준히 밀고 나가면서도, 자꾸 개선시키는 일을 해야 한다.
어떤 일을 해야 하나?
종사원의 지능수준에 걸맞은 수준 높은 일을 개발해서, 사람이라면 사람다운 차원이 높은 일을 하도록 만들어야 한다. 특히, 발전소 건설이든 운영이든, ‘설비사고를 예방하는 일’은 핵심 중의 핵심지식이다. 이것은 의례적인 안전행사나 구호 또는 알맹이 없는 순찰로 푸는 문제가 아니고, 머리로, 기술로, 과학으로, 인공지능으로 풀어야 하는 일이다. 국내외적으로 중대사고가 심심찮게 발생했던 것을 보면 핵심업무가 잘 수행되지 못하는 것이 답답하기만 하다. 따라서 인공지능을 잘 개발해야 함은 두 말할 필요가 없다. 인공지능을 이용할 일은 발전소 내부에 무궁진하게 많이 있다. 실무를 구체적으로 수행한 사람은 다 안다.
고급인력에게 고차원 기술업무를 부여하여, 설비안전-공해저감-효율제고-경비저감에 실질적이고 근원적인 상황파악-상황분석-정확한 판단-실질행동으로 고도의 지능업무를 하게 만들어야 한다. 지금 하고 있는 일과는 아주 많이 수준이 높은 일을 새로 개발해야 한다.
여기서 두 장의 도표를 소개한다. 하나는 보일러와 터빈이라는 주기기가 발전연료를 얼마나 효율적으로 에너지를 변환시키는가를 한 눈에 볼 수 있는 그림이다.
여기의 수많은 숫자가 무엇을 나타내는지 석탄화력발전소 엔지니어는 다 알아야 한다. 이 한 장의 도표에는 발전소의 ‘물&증기’ 계통에서 참으로 막대한 양의 에너지 변환과정이 나타나 있는데, 어디서 어떤 문제가 있는지를 알 수 있다. 이 한 장으로는 ‘물&증기’ 계통만을 알 수 있지만, 이와 비슷한 도표 ‘공기&가스’편을 만들면 더 많은 정보를 동시에 알 수 있다.
두 도표를 같이 보면 문제의 포인트를 알 수 있으므로, 그에 대해 처리하면 된다. 처리기술은 어렵지만 배우면 된다. ‘물&증기’ 계통만 보여준다.
위 도표를 다음과 같이 누구나 보기 쉬운 꺾은 금 그래프로 바꾸면 이해가 아주 빨라진다.
단지 두 금으로 나타난 심플한 이 그래프는 앞에서 본 도표에서의 많은 숫자가 나타내는 의미를 다 가지고 있다. 아주 단순한 이 그래프에는 여섯 군데에 연소기술 상 문제가 있음을 딱 보여준다. 복잡한 그래픽을 간단하게 변환시킨 것으로, 일도 쉽게 하고, 문제도 빨리 찾아내고, 처리를 잘 해서 열효율이 높은 발전소 운전이 가능해진다. 요즘은 컴퓨터가 이런 그래프를 실시간 자동으로 변화하게 그리는 것은 일도 아닐 것이다.
성공적인 전력산업이란 어느 회사와 어느 회사를 합치느냐의 규모나 구조에서 나오는 것도 있겠으나, 본질적인 핵심문제를 언제 개혁할 수 있느냐에 더 크게 달려있다.
